Устройство для суспензионной разливки металлов и сплавов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗО Е ЕНИ р >859015

Союз Советских

Социалистичаских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДПИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кл з (22) Заявлено 211279 (21) 2855275/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 300881. Бюллетень le 32

Дата опубликования описания 3008,81

В 22 О 7/12

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий н открытий (53) УДХ 621 746..58(088.8) (72) Авторы изобретения

A.È. Чижиков, С.Ф. Харичев, Б.Н. Мангаса и Л.Я. Кашевник (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУСПЕНЗИОННОЙ РАЗЛИВКИ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии и может. быть использовано при раэливке металла.

Известны устройства для отливки полых .слитков, состоящие нэ кристаллиэатора с вертикальными стенками и гладкостенной оправки (дорна) (1) .

Недостатками указанной установки являются малый наклон поверхности дорна и полное отсутствие угла наклона поверхности кристаллиэатора к вертикали, что не позволяет регулировать расстояние между указанными по-. верхностями, а гладкая поверхность дорна и позволяет удерживаться на 15 нем эатвердевающей корке металла. В результате этого в устройстве невозможно получить переохлажденный твердо-жидкий металл.

Известно также устройство для оТ- 20 ливки заготовок методом реокастинга, включающее две цилиндрические камеры, установленные одна под другой, причем верхняя камера снабжена индукционньяк нагревателем, а нижняя охлаждается, Верхняя камера служит питателем для нижней. Через обе камеры проходит вращающийся дорн, служащий для переманивания полуэатвердевшего расплава 2). 30

Недостатком указанного устройства является различие охлаждающих трубок на неподвижной поверхности емкости в области создания твердой составляющей в расплаве, что приводит к большому наращиванию гарнисажа и, в конечном итоге, к полному промерзаниа расплава в зазоре между дорном и стенкой емкости и, как следствие, к прекращению процесса. Наряду с этим коаксиально расположенные цилиндрические поверхности дорна и емкости исключают возможность регулировать величину зазора между ними, что необходимо делать при колебаниях температуры подаваемого металла, поэтому процесс создания полузатвердевшего жидкого расплава нарушаешься, в ре-. зультате чего выдаваемый слйток имеет структурную и химическую неоднородность. Это приводит к повышенномубраку литья.

Цель изобретения - повышение качества металла и увеличение производительности устройства.

Указанная цель достигается тем, что дорн и внутренняя полость емкос-, о ти выполнены с конусностью 15-45 а расстояние между дорном и стенкой

859015 емкости составляет 1,0-3,0 среднего диаметра дорна.

Уменьшение конусности дорна и емкости меньше 15 приводит к резкому снижению возможности регулирования величины зазора между дорном и стенкой емкости. Увеличение указанной конусности свыше 45 приводит к перио одическим обрывам гарнисажа с дорна и к нарушению или полному прекращению процесса разливки.

Уменьшение расстояния между дорном и стенкой емкости за нижний предел, равный 1,0 диаметра дорна,сопровождается опасностью полного промерэания металла в зазоре между дорном и стенкой емкости и нарушением 3$ процесса разливки. Увеличение указанного расстояния сверх верхнего предела, составляющего более 3,0 диаметра дорна, приводит к снижению охлаждающего действия дорна относительно большего количества металла, поступающего в пространство между дорном и стенкой емкости, что нарушает процесс получения полутвердого расплава ° Размеры указанного расстояния применяют ближе к верхнему пределу в случае малых диаметров дорна (50-100 мм). При больших диаметрах дорнов (200-300 мм) размеры этого расстояния применяют приближающиеся к нижнему пределу.

В процессе каждой конкретной разливки расстояние между дорном и стенкой емкости корректируют путем вертикального перемещения дорна в зависимости от различных факторов — температуры разливаемого металла, химического состава металла, скорости разливки и др.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство состоит иэ емкости 1 с крышкой 2. С внешней стороны емкости на половине ее высоты установлены электромагниты 3, а ниже этих электромагнитов — электрические нагреватели 4. В донной части емкости выполнен канал, в котором вставлена огнеупорная трубка 5, выступающая за пределы емкости, при этом выступающая часть трубки выведена в электродозатор б. В боковой части емкости выполнен заливочный лоток 7. В крышке емкости вмонтирован кожух 8, через который проходит верхний конец охлаждаемого дорна 9 с трубками для подвода и отвода охладителя. Нижний 55 конец дорна выполнен конусообразным с рифленой внешней поверхностью для удержания гарнисажа 10 из раэливаемого металла 11. Верхний конец дорна закреплен в держателе 12, в котором АО смонтирован редуктор для вращения дорна и распределитель подвода и отвода охлаждающей жидкости (не показаны). На колонне 13 подвижно установлена консоль 14 с двигателем 15.Двигатель для перемещения консоли не показан. Для создания нейтральной сре-. ды в емкости предусмотрен соответствующий патрубок 1б. Для случая порционной выдачи полуэатвердевшего металла предусмотрены формы 17, подводимые в конвейерном порядке. При непрерывной разливке заготовок вместо форм с конвейером устанавливают

ИНЛЭ (машину непрерывного литья заготовок), Поэтому полузатвердевший металл с помощью электродозатора б подается непосредственно в кристаллизагор МНЛЭ.

Устройство работает следующим образом.

Жидкий металл 11, поступающий в емкость 1 по лотку 7, подвергается электромагнитному перемешиванию с помощью индукторов 3. Через кожух 8 в крышке 2 в жидкий металл 11 вводится охлаждаемыи дорн 9, который приводится во вращательное движение. На внешней рифленой поверхности дорна 9 образуется. слой гарнисажа 10 из разли ваемого металла 11. Эа счет вращения жицкого металла 11 и дорна 9 от слоя гарнисажа 10 отделяются частицы затвердевшего металла в виде непрерывно растущих кристаллов, которые, приобретая округлую форму (эа счет движения в турбулентном потоке), перемешиваются равномерно с жидким металлом

11, образуя твердо-жидкий расплав.Для предотвращения полного замерзания расплава в нижней части емкости 1 смонтированы электрические нагреватели 4. В зависимости от температуры расплава к электрическим нагревате" лям 4 подводится большая или меньшая мощность.

Регулирование количества образующейся твердой фазы производится за счет опускания или поднимания охлаждаемого дорна 9 или эа счет увеличения или уменьшения скорости вращения дорна 9 и жидкого металла 11 с помощью индукторов 3.

Скорость вращения дорна 9 и глубину погружения его в жидкий металл 11, а также скорость движения последнего в процессе каждой разливки корректируют в зависимости от различных факторов - температуры разливаемого металла, химического состава металла, скорости разливки и др.

Для поддержания постоянства параметров структуры непрерывного слитка при увеличении перегрева металла и скорости его подачи в емкость 1 дорн

9 опускают до требуемого уровня, в противном случае дорн 9 передвигается вверх, при этом суммарный охлаждающий эффект от действия дорна 9 идет на снятие перегрева металла и отбор части скрытой теплоты кристаллизации, Выпуск образовавшегося твердо-жидкого расплава производят через огнеупорную трубку 5, вставленную в от859015 верстке донной части емкости 1, с помощью электромагнитного дозатора

6 в случае порционной выдачи в формы

17, устанавливаемые под огнеупорной трубкой 5.

Вертикальное перемешивание дорна

9 производят эа счет вертикального перемешивания консоли 14 вдоль колонны 13, а вращение дорна 9 осуществляют с помощью двигателя 15 и редуктора (не указан).

В случае необходимости производить разливку под защитной атмосферой инертный газ в емкость 1 подают через патрубок 16.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение каче:ства металла и увеличение производительности.

Пример осуществления разливки с применением предлагаемого устройства.

При получении непрерывных сортовых заготовок сечением 200х200 мм основные размеры устройства следующие: длина рабочей части дорна

450 мм, средний диаметр дорна 150 мм; средний диаметр емкости 550 мм. Яа поверхность дорна наносится рифлйние с глуб !ной 5 мм и шагом 30 мм. Конуаность дорна и емкости 25 . Скорость вращения дорна от 200 до 500 об/мин.

Мощность электромагнитного трехфазного индуктора 3 для вращения металла с использованием пониженной частоты

1,5-5 Гц составляет 100 кВ!и. Мощность электромагнитного. дозатора 6 составляет 10 кВ!!!, мощность электронагревателя 4-20 кВт. Мощность укаэанныхэнергетических элементов 3„4 и 6 регулируется в широких пределах.

При уменьшении перегрева стали, заливаемой в емкость 1, на каждые

20 С уменьшают погружение дорна 9 в металл в сред!!ем на 50 мм. При увеличении перегрева стали увеличивают погружение дорна 9 соответственно на

50 мм.

55 Окончание разливки ос„ествляют прн включении на максимальную мощность энергетических элементов 3, 4 и б и при наибольшей скорости вращения дорна 9 для того, чтобы наимень60 шее количество гарнисажа осталось на поверхности емкости 1 и дорна 9. Оставшийся гарнисаж не удаляют перед началом следую!ей разливки.

Пример изготовления отливок из

Я алюминиевого сплава.

Пере„разл!.вкой сталь марки

38ХНЗМфА, имеющей температуру ликвидуса 1480"С, нагревают в плавильном устройстве до 1560 С. Перед разливкой стали в дорн 9 подают охлаждающую воду в количестве 20 м /ч. Ем3 кость 1 прогревают газовой горелкой до 950 С.Через патрубок 16 подают аргон в емкость 1, которую устанавливают над кристаллизатором МНЛЗ таким образом, чтобы центр огнеупорной трубки 5 совпадал с центром кристаллизатора. Затем включа!от малую скорость вращения дорна 9, а также включают электрические элементы 3, 4 и б. Подачу металла из раэливочного ковша в емкость 1 осуществляют через заливочный лоток 7.

После заполнения емкости 1 металлом до уровня, при котором дорн 9 погружается на длину до 400 мм, с ,помощью дозатора 6 подают металл в кристаллизатор, при этом затвердевающую в кристаллизаторе заготовку непрерывно вытягивают при одновремен ной и непрерывной подаче металла в емкость 1.

Разливку стали осуществляют со скоростью 0,25 т/ч, при этом среднюю скорость вращения дорна поддерживают равной 300 об/мин, мощность на электромагнитном индукторе 3 составляет 55 кВя, мощность нагревателя

4 примерно 20 кВт, мощность дозатора 6 поддерживают в соответствии с заданной скоростью разливки.

При заданных параметрах работы устройства и для данных условий разливки.в метал.!е к моменту выпуска его из емкости 1 создается жидкотвердая смесь, состоящая из 50% твердой фазы. При этом истинная температура металла по крайней мере на выходе из емкости 1 находится на пределах между температурой ликвидуса и температурой солидуса.

Благодаря быстрому потоку металла, создаваемому вращением дорна и

20 электромагнитным перемешивателем,осуществляется отрыв с поверхности гарнисажа, намерзшем на дорне,преимущественно мелких кристаллов. Последующее турбулентное перемешивание

Q$ придает им округлую форму и дополнительно уменьшает их размеры.Это об-. стоятельство обеспечивает металлу . достаточную жидкоподвижность при большом количестве в нем твердой фазы, такой металл, поступающий в кристаллизатор, формируется в условиях, при которых подавлены сегрегация элементов и развитие структурной неоднородности.

Температуру металла при его разливке контролируют косвенно с помощью термопар, устанавливаемых в футеровке на разных уровнях по высоте емкости 1. Опытным путем устанавливают оптимальный температурный режим разливки металла, при котором получаются заготовки наилучшего качества.

При понижении температуры металла в емкости 1 сверх оптимальной дорн 9 поднимают, при повышении температуры дорн 9 опускают и, таким образом, уменьшают размер между стенкой емкости 1 и дорна 9.

859015

Формула изобретения -т — — т.!

Аломиниево-кремниевый сплав с содержанием кремния 25% с температурой ликвидуса 770 С приготовляют в плавильной печи. При 870оС проводят рафинирование и модифицирование сплава.

Перед разливкой сплав нагревают в плавильной печи до 870 С. В дори

9 подают охлажцающую воду в количестве 20 м /ч. Емкость 1 прогревают га3 эовои горелкой до 400-500ОС. Через патрубок 16 подают аргон в емкость 1.

Затем включают малую скорость вращения дорна, а также включают электрические элементы 3, 4 и б. Подачу ме талла из разливочного графитового тигля в емкость 1 осуществляют через заливочный лоток 7. 15

После запал!!ения емкости 1 металлом с помощью дозатора б подают алюминиевый сплав в кристаллизатор, при этом заготовку непрерывно вытягивают при непрерывной подаче металла в ем- щ .кость 1.

При получении фасонных отливок под устройством для суспенэионной разливки устанавливают форму, в которую поцается дозируемая масса металла.

При нег рерывной работе устройства устанавливают конвейер с периодической подачей форм.

Отливки из алюминиево-кремниевого сплава с,высоким содержанием кремния, полученные суспензионной разлив- 30 кой B металлические формы кокиля, имеют мелкозернистую структуру, включения tiGpBH÷íoãо кремния составляют 15-20 мкм, структура эвтектики

АI Si характеризуется мелкозернистым 35 строе!:ием. При этом повьыается уровень механических свойств, особенно. относительного удлинения, на 25-30%.

Стальной сортопрокат, получаемый из современных непрерывных заготовок и идущий на иэделия ответственного назначения, имеет брак иэ-эа наличия осевых и поверхностных дефектов, равный 4%.

В деформированном металле, получаемом иэ заготовок,отлитых с применением предлагаемого устройства, уменьшается аниэотропность своиств по сечению и длине заготовок и снижается брак по вышеуказанным видам дефектов до 1%.

Устройство для суспенэионной раз— ливки металлов и сплавов, содержащее разливочную емкость с соосно установленным в неи дорном и индукторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Ю что, с целью повышения качества металла и увеличения производительности устройства, дорн и внутренняя полость емкости выполнены с конусностью

15-45, а расстояние между дорном и стенкой емкости составляет 1,03,0 среднего диаметра дорна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Германн 3. Непрерывное литье.

Изд-во черной и цветной металлургии, 1961, с. 298, рис. 848.

2. Материал nSeinee and Engineeгing М.5. Flemings. .Reochasting, 1976, 25 (IX-X.), р. 103-117.

ВНИИПИ Заказ 417 /22

Тираж 869 Подписно»

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. !1роектнал, 4